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1、西安交通大学网络教育学院毕业论文论文题目发电机绝缘监测装置的原理及应用班级 学号 姓名 联系方式 指导教师 提交日期 摘 要随着电子信息技术的飞速发展，从20世纪80年代初开始，各种各样的在线监测装置在汽轮发电机上得到了推广和应用。以往，我国发电设备长期以来实施“计划维修”，缺乏针对性，容易造成设备的“过度维修”。现在，先进的工业国家都转至状态维修也就是“需修时修”。设备状态监测和诊断是实施状态维修、预知维修的重要基础，而状态维修必须扎根于状态监测仪器的实用性、可靠性及对测试结果的解读能力上。发电机容量的大小、已运行时间的长短、不同冷却方式、在线监测装置的可靠性等都会影响到在线监测装置的配置。
2、因此，如何合理应用和配置在线监测装置是一项比较复杂的策略性选择，尤其在广泛推广使用时更要慎之。本文针对国内外300MW及以上机组汽轮发电机绝缘在线监测使用情况的应用研究，做出综合分析，对发电机绝缘在线监测设备的选择和配置提出建议。关键词 发电机；绝缘监测；局部放电目录摘要11 前言32 国内外研究动态 42.1发电机局部放电监测方法国内外研究现状 42.2 发电机局部放电监测方法现状42.3 国内外主流发电机绝缘在线监测主要测量方法及原理43 国内某600MW机组发电机绝缘在线检测装置参数113.1 FJRA型发电机绝缘过热监测装置工作条件 113.2 FJRA型发电机绝缘过热监测装置主要技术
3、指标 113.3 FJRA型发电机绝缘过热监测装置性能及特点 113.4 FJRA型发电机绝缘过热监测装置外型尺寸和重量 123.5 FJRA型发电机绝缘过热监测装置工作原理 124 结论 154.1发电机在线监测装置测量原理总结154.2发电机绝缘在线监测装置的改进建议164.3发电机绝缘在线监测装置的应用选择164.4发电机绝缘在线监测装置的管理建议17参考文献 18致谢 191 前 言大型发电机是电力工业生产的重要设备。随着电力工业的发展和技术进步，发电机正朝着大容量，高电压的方向发展。发电机单机容量的提高，为提高发电机效率、降低成本、减轻电能生产对环境的影响提供了可能。但同时也对发电机
4、的安全、可靠运行提出了更高的要求。大容量的发电机一旦发生故障。将会造成停电事故，甚至危及电力系统的稳定运行。事故的涉及面大、修理周期长，费用高、经济损失巨大。因此，大型发电机的安全、可靠运行已成为电力系统的头等大事。目前，国内外大型发电机的在线监测技术已经形成了从巡回测量到连续监测、从单参数监测到多参数监测的特点。其中局部放电的在线监测是非常重要的方向。这是因为局部放电与绝缘的劣化和击穿有密切的关系，局部放电是绝缘劣化的征兆，同时，局部放电又能对发电机绝缘起到加速劣化的作用。另外，局部放电的监测是发电机的在线监测的众多方法中灵敏度最高的一种方法，因此人们大量的工作都集中在发电机的局部放电的在线
5、监测上。因此，研究发电机绝缘监测装置的原理对发电机安全、经济运行具有重要意义。2 国内外研究动态2.1 发电机局部放电监测方法国内外研究现状局部放电检测技术都是以放电所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的各种物理量来表征局部放电的状态。当绝缘介质内部发生局部放电时，伴随有许多现象，有些属于电的，例如电脉冲的产生、介质损耗的增大和电磁波辐射；有些属于非电的，例如光、热、超声波、气体压力的变化和化学变化。因此，检测方法可以分为电测法和非电测法两类。2.2 国内外主流发电机绝缘在线监测主要测量方法及原理2.2.1电测法：(1)中性点耦合监测法局部放电现象必然在定子绕组中产生很多高频分量。电弧放电
6、辐射的电磁波频谱很广，其中一部分将传入星形接线定子绕组的中性点接线中。因中性点的对地电位很低，电机内部任何地方的电弧放电将在中性点接地线内产生相应的射频电流，所以局部放电的监测点可选择中性点接地线上。当发生局部放电时，放电电流信号由中性点接地线流向接地点，将高频电流互感器装在中性点和接地电抗器之间，它具有较高的响应频率，可将电流信号耦合到监测回路，监测设备所采用的射频监测器就可以监测到放电电流的强弱，从而探测到局部放电的强弱，同时记录仪记录监测电流的变化，当局部放电加剧超过报警设定值，报警装置将发出报警信号。50年代美国西屋公司的Johnson研制出了用于发电机局部放电在线监测的槽放电探测器(
7、SlotDischargeDetector)。工作原理是由中性点弓i出放电信号，通过一带通滤波器送入示波器，在示被器荧光屏上显示出信号的时域波形。利用这种新方法检测到了一些发电机线槽内的线圈松动现象。但实际应用中出于噪声信号的影响，需要有经验的操作人员才能识别局部放电信号，因此难以推广使用。(2)无线电干扰电压法(RIV)无线电干扰电压法，包括射频检测法(RFM)，Schwarger发现电晕放电会发射电磁波，通过无线电干扰电压表可以检测到局部放电的发生，实际上是对中性点耦合法的改进。国外目前仍有采用无线电干扰电压表检测局部放电的运用，在国内，常用射频传感器检测放电，故又叫射频检测法。较常用射频
8、传感器有电容传感器、罗柯夫斯基(Rogowski)线圈电流传感器和射频天线传感器等。美国西屋公司开发的RFM系统御。美国AEP公司开发的CSR。200系统，ABB公司歼发的PRPDA系统、PAMOS系统都是基于此种方法。RIV是通过高频电流传感器、罗柯夫斯基线圈或RC阻容高通滤波器来监侧发电机中性点上电弧的高频信号，以发现定子线圈内部放电现象。目前已在很多发电机和大型高速交流电动机上采用，取得了较好的效果。由于这些大型交流电机运行时具有褶当强的背景噪声，而且其励磁绕组滑环上、轴承接地电刷或电机高压母线上也会产生电弧，通过电磁干扰产生假信号，使得RFM往往会发出假报警，减少了RFM的置信度，甚至
9、真的信号也被忽略。所以必须采用较高精度的消除或抑制干扰信号技术。采用罗柯夫斯基线圈电流互感器是以一个直接绕在绕组中性点接地线上的空心螺管式感应线圈代替高频电流互感器，这种线圈测高频时响应频率很宽，称罗柯夫斯基(Rokowskl)线圈。使用时。可根据电机绕组结构型式、定子尺寸以及背景射频噪声来选择射频监测器中心频率和频带宽度。实际应用表明，此种线圈频带较宽，适用于宽带捡测。该方法的优点是传感器安装在低压点上，对系统的影响少，同时由于所有的局放信号都会经过中线，所以可以监测到发电机整个范围内的局部放电。缺点是信号的灵敏度比较低，局放信号从局放点传播到中线时已经有了很大的衰减和变形，使信号处理的难度
10、增加。(3)PDA监测法在电机供电电缆上夹装高(射)频电流传感器(RFCT)，采用汇流条式系统的电机，传感装置更为复杂。采用局部放电分析仪PDA(RadioDischargeAnalyzer)，它利用绕组内放电信号和外部噪声信号在绕组中传播时具有的不同特点来抑制噪声。其原理是：若水轮发电机定子每相为双支路(或耦数支数)对称绕组，则在每条支路(在水轮机端部的环形母线上)永久性地安装两个耦合电容器，将两对称耦合电容器的输出信号利用相同长度的电缆引至PDA的差分输入放大器。对于外部噪声信号，每相绕组的两个信号耦合电容将产生相同的响应，因而PDA的差分放大器无输出，噪声被抑制。对于内部放电信号，由于信
11、号传播距离不同，在到达每相绕组的两个耦台电容器时将出现时延和幅值的差异，差分放大器的输出就是放电信号。由加拿大OntaioHydro公司丌发的局部放电分析仪PDA是便携式的。装有耦合电容器的电机，各耦合器都通过同轴电缆线连接到电机外部的固定接线盒内，所以采用PDA监测一台电机很方便，平均只需5一lOmin。这种方法主要用于水轮发电机局部放电的在线监测。由于汽轮机发电机中的电力噪声大，发电机内部没有有效的回路环母线束识别每个传感器的放电信号，因此这种方法对于汽轮发电机不适用。(4)便携式电容耦合监测法70年代加拿大OntarioHydro公司研制了一种局部放电在线监测装置。监测放电信号时，将三个
12、电容(每个375pF，25KV)搭接在发电机三相出线上，通过电容检出放电信号。此信号通过一带通滤波器(30KHz至IMHz)弓I入示波器，显示出放电信号的时域波形。这种方法在加拿大的一些电厂得到应用。它的缺点仍然是要依靠有经验的操作人员来区分外部干扰信号和内部放电信号，致使这种监测方法的推广受到了一定的限制。在1976年，首次采用了80pF的电容作为传感器。研究发现采用80pF的电容传感器。其等效电路的下限截止频率在40MHz左右，而干扰信号分量一般都远远小于该频率，因此采用SOpF的电容传感器，信号的信噪比较高。可以避免误警现象。而且，电容容量小。传感器的体积小，容易安装且寿命商。保证了被测
13、试系统的安全性。这种监测方法适用于那些噪声源于外部的高压电机，如高压电动机、水轮发电机、同步调相机和容量较小的汽轮发电机等。其优点是耦合器不用安装在电机内部。局放信号与外部噪声信号便于区别：缺点是不便识别源于电机内部的噪声，不适用于大型汽轮发电机的监测。(5)槽耦合器(SSC)监测法为能在大型汽轮发电机有效地检测到局部放电脉冲，加拿大OntaioHydro公司等采用了在定子槽内安装耦合器的办法。这种定子槽耦合器SSC(StatorSlotCoupler)是一种特制器件用于检测局放信号的“天线”。它装在靠近相端的定子槽的槽锲下面，与定子槽等宽，材料为环氧玻璃层压薄板，薄板的上面固定了一根检测线，
14、其两端各接有一根输出同轴电缆，薄板的下平面为接地砸。定子槽耦合器从频率10-100MHz范围有很好的频率响应，它能检测措定子槽的任何高频信号的真实脉冲波形，通常每台发电机装6个SSC。定子槽耦合器的特点是对局部放电和噪声能产生不同的脉冲响应。实测表明，定子绕组产生的局部放电脉冲以l-5ns宽的脉冲被SSC检测出来。而各种内部与外部噪声则以大于20ns宽的脉冲被检测出柬，因为噪声经绕组传播时定子绕组起到了自然滤波的作用。脉冲宽度的这种明显差别，很容易就把定子局部放电和所有噪声区别开来。这种方法适用于大型汽轮发电机的监测，它能把局部放电和所有噪声区别开。但此法要求在电机内部槽锲下面埋设特制的SSC，在撰台器的制作与埋设上所付代价较大，目前，大约150台发电机与重要的电动机(如核反应的冷却泵用电机)装有这SSC。(6)电阻式测温元件监测法这种监测方法是以埋置在定子槽内的电阻式测温元件(RTD)导线作为局部放电传感器。根据现行的
